哈勃確認一類新的系外行星：GJ 1214b

chris881

2012.2.21：天文學家借助美國宇航局（NASA）的哈勃太空望遠鏡仔細觀測了GJ 1214b，確定這顆被濃厚蒸汽覆蓋的水世界，屬於一類新的系外行星。它比天王星小，但比地球大。相關研究報告已經被《天體物理學》期刊接受，並已經在網上公佈。


GJ 1214恆星系統的藝術想像圖；版權：NASA，ESA，各位研究報告作者，下同

NASA的哈勃太空望遠鏡觀測證實了一類新的系外行星，它是一顆顆被濃厚蒸汽覆蓋的水世界；比天王星小，但大於地球。

馬薩諸塞州坎布里奇市哈佛-史密松天體物理中心（CfA）的Zachory Berta和他的同事們對系外行星GJ 1214b進行了觀測。

貝爾塔（Berta）說道： 「GJ 1214b與我們已知的行星都不同，它的絕大部分由水組成。」


GJ 1214恆星系統的各項參數，包括恆星本身和行星

由CfA的David Charbonneau領導的地基望遠鏡對M型紅矮星用凌星法探測系外行星項目（MEarth Project），於2009年發現了GJ 1214b。它屬於超級地球類，直徑約為地球的2.7倍，質量約為6.5倍。它離紅矮星GJ 1214約200萬km，公轉週期約38小時，表面溫度約500K（~230℃）。

2010年，CfA科學家Jacob Bean團隊報告說，他們已經測量了其大氣組成，發現主要由水組成。但是，該觀測成果也能用行星大氣中瀰漫著全球性陰霾來解釋。


2010年研究對大氣組分的擬合，黑線：觀測值；橙線：太陽組分；藍線：全部是水；綠線：水和氫以7：3混合

Berta和他的同事們借助哈勃的第三代廣域相機（WFC3）對GJ 1214b進行了凌星觀測：當行星從母恆星前經過，恆星的光將從行星大氣中穿過，從而提供大氣成份的線索。

Berta解釋說： 「我們測量GJ 1214b上日落時的紅外光譜。」


GJ 1214b的掩星觀測記錄（光譜），縱坐標為相對光通量，橫坐標是時間

陰霾對紅外光的透明度遠高於可見光，因此哈勃的觀測有助於區分到底是陰霾還是水蒸汽（後者在特定紅外波長有強烈吸收）。

團隊的觀測發現，GJ 1214b的光譜在很寬的波段都沒有特色（吸收線），與哈勃數據最相符的模型是——由稠密水蒸氣組成的大氣。

Berta繼續說： 「哈勃測量數據對大氣由水蒸氣組成提供了關鍵證據。」


不同望遠鏡對行星大氣的觀測擬合比較，紅線為太陽組分（氫氦約3：1），黑線為純水組分

由於我們已知行星的質量和直徑，天文學家能夠由此計算出其密度，僅為2克/立方釐米，或水的2倍；而地球密度高達5.5。因此，這顆行星一定含有超量的水，而岩石等重物質含量很少。

結論就是：GJ 1214b的世界迥異於我們地球的。

Berta接著說： 「高溫高壓將使水變特殊物質，比如『超流態水』或『熱冰』，與我們通常所知的水完全不同。」

理論學家預言GJ 1214b在富含水冰的遠離母恆星的地方形成，然後在系統的早年歲月中遷居到現在位置。在此過程中，它可能通過了恆星的宜居帶，那時它的表面溫度可能與地球相似。但它在宜居帶停留了多久則無人知曉。


GJ 1214所在的星空，版權：DSS2

GJ 1214b位於蛇夫座，離地球僅40光年。因此，它成為詹姆斯•韋伯空間望遠鏡計劃中的首選目標之一。

相關研究報告已經被《天體物理學》期刊接受，並已經在網上公佈